地质雷达检测沥青路面厚度误差分析及校核方法精

1、2009年02期（总第50期 作者简介：李志强（1979-）,男，山西沁县人，工学硕士，助理工程师，从事公路工程研究工作。 1雷达结构组成与工作原理 雷达作为一种快速无损检测工具已经广泛的应用在公路建设中。1.1结构组成 SIR-20高速地质透视仪由喇叭探头、高度地面电磁探测仪、探头控制电缆、测距系统、支架及固定装置等部分组成。1.2 工作原理 探地雷达方法是利用高频电磁波以宽带短脉冲形式由地面通过发射天线送入介质内部，经目标体的反射后回到表面，接收天线接收回波信号。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度及波形随所通过介质的电性性质及物性体界面几何形态而变化，根据接收的反射回波的双程走时、幅

2、度、相位等信息，对介质的内部结构进行判断、解释。路面雷达是利用电磁波遇到介电常数突变的界面发生反射这一现象进行工作的。当向路面发射一系列脉冲电磁波时，电磁波在空气与路表面发生反射，另一部分能量透过该界面折射到路面中，在面层与基层处再次进行反射和透射，如图1所示。 图1地质雷达工作原理 当接收天线接收到发射波，并形成时间序列后，此 时可得到各反射脉冲的时差。当已知电磁波在某结构层的传播速度后，便可以利用公式（1）,计算出各层的厚度。而电磁波传播速度与该层介电常数有关。 hi=vi Ati ,vi=c/ri姨（1） 式中，hi为各层厚度，cm；vi为电磁波在该层传播速度，cm/ns；c为电磁波在真

3、空中传播速度，30cm/ns；r的各层相对介电常数。 2误差来源与分析 地质雷达在几十公里至上百公里的公路检测中所提供的路面厚度与路面的真实厚度存在误差是不可避免的，分析误差来源对减少误差是十分必要的，误差来源于以下几方面。2.1 测点位置上的偏差 由于公路设计是按中心线标定距离，并对路段有弯度要求。雷达连续检测中，在弯曲路段，测量轮测量的距离与标段距离不等，雷达检测面层厚度结果中按桩号提供的厚度不一定是该桩号处的真实厚度。 可以通过在路面厚度检测点进行手动打标志的方法,使雷达检测厚度与提供的厚度位置保持一致，当检测距离与实际距离不符时可应用软件进行距离平差处理。 2.2 反射波行程时间拾取上

4、的误差 在雷达剖面上，由人工或由计算机拾取反射波双程走时，由于对反射波起跳点误别不精确产生时间拾取上的误差。 拾取时间的误差最终体现在检测厚度上，可以通过 软件分析时去除奇异点及插点的方法消除。2.3 波速变化引起厚度计算误差 地质雷达检测沥青路面厚度误差分析及校核方法李志强 （山西省交通科学研究院，山西 太原 030006） 摘 要：文章介绍了地址雷达的组成与工作原理，对雷达进行沥青路面厚度检测时的误差进行了分析，给出了一 种减少误差的校核方法，并通过工程实例进行了说明。关键词：地质雷达；厚度检测；精度分析；校核方法中图分类号：U416.2 文献标识码：B 道路工程 86 2009年02期（

5、总第50期 公路交通科技应用技术版 引起波速变化的原因很多， 如沥青面层强度上的差异， 各标段面层材料配合比上的差异，都能引起雷达波速的变化。在上百公里的连续检测中，波速是难以控制的变化量，由波速的变化引起的厚度计算误差是不可避免的。特别是以某一标段标定的波速值计算其他标段的值时，可能产生较大的误差。本文将重点介绍这一误差的校核方法。 3误差校准方法 3.1环境要求 校准在检测现场进行，选择干燥，湿度小的地段，仪器周围不应有积水、振动、强磁场、建筑物、电线电缆、发射塔等，以免影响校准检测结果。3.2方法与 与步骤 外界及仪器自身因素对精度与准确性的影响最终体现在检测结果上，而检测结果取决于雷达

6、在介质中的传播速度，通过将现场的检测值与雷达检测值的对比分析，计算最佳反算速度使其符合精度与准确性要求，具体方法如下： (1)天线底面距地面的高度在40cm左右。(2)综合考虑标段、里程和路面结构类型进行段落划分，在每一段落中选择5个具有代表性路段的检测点，代表性路段指上坡、下坡、直线等路段，并兼顾检测路段长度，尽可能均匀选点。 (3)应用雷达进行该段落的厚度检测。 (4)依据公路路基路面现场测试规程(JTJ059-95T0912-95路面厚度测试规程对检测点进行钻芯取样，测量该点面层厚度，精确到0.1cm,用hi表示。 (5)由于雷达波界面反射波波速、时间差与行程满足以下关系 h=vAt/2

7、 (2) 式中：h为电磁波在该层传播速度，cm/ns；At为为双程 旅行时间，ns;v为为某一界面埋深，cmo 计算机可精确计算出发射与接收时差，用已经取芯 点的厚度计算雷达波的波速。 (6)通过钻芯检测点的厚度反雷达波速度vi;并计算平均值。(7)以1%浮动水平，计算从95%到105%之间11个速度vp1vp11值。 (8)将vp1vp11分别代入分析软件中计算出各检测点的计算厚度hpi, 再计算所有检测点的平均相对误差的绝对值kpj,计算公式为 kpj=1 m 1 =1 2 (hpi -h i i 3 3) 式中，kpj为第j个速度值平均相对误差的绝对值，;hi为第i个点的钻芯厚度，cm；

8、hpi为通过vpj计算的检测点厚度，cm；m为检测点的个数，取5;n为反算速度水平个数，取11。 4 9)以为纵坐标，为横坐标建立直角坐标图，将各点用平滑曲线连接，确定最小时的，即为最佳雷达波反算速度。 5 10)以为最终反算速度，代入计算程序求得各检测点的厚度，并保证各点相对误差在石之内。3.3 结果处理6 1)校准结果满足要求时，检测结果有效，若通过调整雷达波速无法满足各点相对误差在之内时，说明该路段路面结构差别明显，应重新进行检测段划分。 7 2)若重新划分检测段落还不能满足要求时，应联系厂家进行仪器性能检定。 4案例分析 4.1原始数据分析 以某条国道的检测结果为例进行分析，现场钻取芯

9、样测的沥青面层厚度、通过分析软件计算得出各检测点的反算速度及雷达检测原始数据见表1。 从表中可以看出，雷达检测的平均厚度比实际厚度小了0.1cm,检测结果基本 满足要求，最大相对误差为-3.0%。 表1现场钻芯厚度与雷达检测结果分析 87 2009年02期(总第50期 4.2校核过程 以各点反算速度的平均值12.615cm/ns为基准，计算其b内的11个反算速度，并将这些反算速度代入软件求得各个速度下的平均相对误差的绝对值，见表2。 建立反算速度与平均相对误差绝对值的函数关系图，确定最佳反算速度，从图 2中可确定最佳反算速度为12.800cm/ns 图2确定最佳反算速度将最佳反算速度为12.800cm/ns代入软件求各点的厚度及误差分析见表 表3最佳反算速度下误差分析 从表中可以看出， 通过确定最佳反算速度可以减小各点的平均相对误差， 使其平均厚度与实测平均厚度保持一致。 5结论及说明 通过确定最佳反算速度可以使总体相对体误差大大减少， 避免了使用单点反算厚度造成的较大误差影响，如遇到路面结构，路面干湿类型变化较大时，应重新进行校核。 参考文献： 1袁明德.公路地质雷达10年发展J.公路交通科技，2006(4):7-9.2李大心.探地雷达